JP2001102319A

JP2001102319A - 熱処理装置

Info

Publication number: JP2001102319A
Application number: JP27750199A
Authority: JP
Inventors: Hideo Nakanishi; 秀夫中西; Yoshihisa Abe; 芳久阿部; Norio Kondo; 憲生近藤; Mikiro Shimizu; 幹郎清水; Atsushi Yoshikawa; 淳吉川; Hiroyuki Saito; 広幸斎藤; Junji Tanaka; 順二田中
Original assignee: Toshiba Ceramics Co Ltd
Current assignee: Coorstek KK
Priority date: 1999-09-29
Filing date: 1999-09-29
Publication date: 2001-04-13

Abstract

(57)【要約】【課題】安全で、断熱性能がよく、被処理物に対する汚
染がない熱処理装置を提供することにある。【解決手段】高温に保持され被熱処理物Ｗが収納される
熱処理室３と、この熱処理室３の開口部４を閉塞し、互
いに離間して積層され、かつ熱処理室３に露出する石英
板５ａを有する保温体５とを有し、石英板５ａは表面が
平滑で気泡がなく形成された熱処理装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体ウェーハ等の
熱処理装置に係わり、特に被処理物に対する汚染がない
熱処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体ウェーハの製造または処理工程に
おいては、半導体ウェーハに各種の性質を付与するため
熱処理作業が行われている。

【０００３】このような熱処理は、半導体ウェーハを高
純度石英製の炉芯管に収納し、炉芯管内の雰囲気を制御
して、目的の処理を行うものである。

【０００４】この熱処理工程に使用される熱処理装置で
は、炉内の高温維持と炉床部への熱放散を防止するた
め、炉内と炉床との間に炉開口部を塞ぐように保温体
（蓋体）を設けている。

【０００５】この保温体が高純度石英板を積層して形成
される場合には、高純度石英は一般に透明であり、高い
断熱効果を持たせるために石英板の表面に凹凸をつけた
り、また気泡を混入させた高純度石英板を用いて保温体
を作製している。

【０００６】また、保温体を用いて、高温炉内から炉床
に向かう熱流を抑制することの目的は、炉内の温度維持
ばかりでなく、炉床の温度上昇により炉を構成する金属
部材からの不純物汚染を防ぐことである。

【０００７】すなわち、炉床部の温度が上昇すると金属
部材からの不純物蒸散が起こり、炉内を汚染し、半導体
基板を汚染することになる。

【０００８】従って、炉床を可能なかぎり低温度に保つ
必要があり、実際の熱処理炉では、炉内温度が１０００
°Ｃを超える高温になるため、雰囲気純度を維持するた
めには、高純度の石英しか使用できない。そこで、放射
伝熱抑制効果を高めるため、石英の表面に機械的に凹凸
を付したり、泡を含む石英部材により保温体および炉芯
管を製作している。

【０００９】しかし、石英部材の表面に凹凸を付して
も、経時変化により、透明化は免れず、また、不純物の
石英表面への付着が起こり易くなり、炉内汚染の原因と
なる。

【００１０】さらに、泡を含む石英部材では、長時間温
度の高い状態に保持されることにより、泡が大きくな
り、変形および強度低下を起こす。

【００１１】従来、断熱効果および不純物汚染を考慮し
た種々の構造の保温体を用いた熱処理装置が提案されて
いる。

【００１２】例えば、特開平５―１９０４７９号公報に
記載された縦型熱処理装置のように、炉芯管内に半導体
ウェーハを配置し、しかる後、断熱用グラスウールが充
填され通気孔が形成された筒状容器および保温カバーで
構成される保温体により炉芯管の下端開口部を塞ぎ、所
定の処理ガスを炉芯管内に供給し、炉芯管内の半導体ウ
ェーハを熱処理するものであり、筒状容器に通気孔を設
けるとともに、筒状容器にグラスウールを充填し、筒状
容器の破裂を防止するとともに、被処理物の汚染を防止
するものである。

【００１３】しかし、この縦型熱処理装置の問題点とし
て、断熱材として、パーティクルの発生源になるグラス
ウールを用いており、さらに、筒状容器の破裂を防止す
るには、通気孔の孔径を大きくする必要があり、通気孔
を大きくすることにより、半導体ウェーハの装填時、あ
るいは、熱処理工程中に微小なグラスウール粉が通気孔
からボートエレベータに堆積し、このボートエレベータ
に堆積したグラスウール粉が新たなパーティクルの発生
源となり、半導体ウェーハおよび炉芯管内が汚染される
点が挙げられる。

【００１４】また、特開平５―３４３３４２号公報に記
載された熱処理装置のように、炉芯管の開口部を保温体
により塞ぎ、さらにこの保温体を、石英や炭化珪素等か
らなる基板にセラミックスや金属の下地膜層を形成し、
かつ、この下地膜層の上面に熱線を反射するアルミニウ
ム、金等からなる金属膜を形成し製造した複合基板を支
持体で離間保持し、また、この支持体および複合基板を
石英等のセラミックスからなる筒状容器で囲んだもので
ある。

【００１５】しかし、この熱処理装置の問題点として、
保温体は、基板に下地を介して金属薄膜を形成している
ため、金属薄膜起因の金属汚染が発生するおそれがあ
り、これを防止するために複合基板および支持体全体を
筒状容器で囲っている。このため、保温体全体を大型に
せざるを得ず、従って、複合基板の直径を小さくせねば
ならないため、十分な遮熱効果が得られない点が挙げら
れる。

【００１６】また、特開平７―５８０３７号公報の半導
体ウェーハの熱処理装置のように、炉芯管熱処理室の外
周をポリシリコン材料で被覆するとともに、炉芯管の開
口を複数積層された遮熱板で形成された保温体（ウェー
ハ保持部材）により閉塞し、所定の処理ガスを炉芯管内
に供給し、炉芯管内の半導体ウェーハを熱処理するもの
であり、外部から侵入しようとする金属不純物をポリシ
リコン材料に吸着させ、炉芯管内への侵入を防止するも
のである。

【００１７】しかし、この熱半導体ウェーハの熱処理装
置の問題点として、炉芯管の開口から侵入しようとする
金属不純物をポリシリコン材料に吸着させ、炉芯管内へ
の侵入を防止するものであり、保温体の構造、あるい
は、ウェーハ保持部材の材質には配慮がなされておら
ず、このウェーハ保持部材が汚染発生源となり、また、
多量のポリシリコンを使用するばかりでなく、ポリシリ
コンの被覆に大掛かりな装置を要する点が挙げられる。

【００１８】そこで、安全で、断熱性能がよく、被処理
物に対する汚染がない熱処理装置が要望されていた。

【００１９】本発明は上述した事情を考慮してなされた
もので、安全で、断熱性能がよく、被処理物に対する汚
染がない熱処理装置を提供することにある。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
になされた本願請求項１の発明は、高温に保持され被熱
処理物が収納される熱処理室と、この熱処理室の開口部
を閉塞し、互いに離間して積層され、かつ熱処理室に露
出する石英板を有する保温体とを有し、前記石英板は表
面が平滑で気泡がないことを特徴とする熱処理装置であ
ることを要旨としている。

【００２１】本願請求項２の発明では、上記保温体は、
熱制御手段を有することを特徴とする請求項１に記載の
熱処理装置であることを要旨としている。

【００２２】本願請求項３の発明では、上記熱制御手段
は、石英板の内部に金薄膜を施して形成されたことを特
徴とする請求項２に記載の熱処理装置であることを要旨
としている。

【００２３】本願請求項４の発明では、上記熱制御手段
は、石英板の内部、および炉芯管開口部位の周壁の内部
に金薄膜を施して形成されたことを特徴とする請求項２
に記載の熱処理装置であることを要旨としている。

【００２４】本願請求項５の発明では、上記金薄膜は、
金蒸着により形成されたことを特徴とする請求項２ない
し４のいずれか１項に記載の熱処理装置であることを要
旨としている。

【００２５】本願請求項６の発明では、上記保温体は、
石英板の内部に金薄膜が設けられた反射石英板と、内部
に金薄膜が設けられていない石英板とを有することを特
徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の熱処
理装置であることを要旨としている。

【００２６】本願請求項７の発明では、上記反射石英板
は、炉芯管開口部位に対応して設けられたことを特徴と
する請求項６に記載の熱処理装置であることを要旨とし
ている。

【００２７】本願請求項８の発明では、上記熱制御手段
は、石英板に載置されたシリコン板であることを特徴と
する請求項１ないし５のいずれか１項に記載の熱処理装
置であることを要旨としている。

【００２８】本願請求項９の発明では、上記シリコン板
は最上段の石英板に載置されることを特徴とする請求項
８に記載の熱処理装置であることを要旨としている。

【００２９】本願請求項１０の発明では、上記シリコン
板は、厚さが１００〜６００μｍであることを特徴とす
る請求項８または９に記載の熱処理装置であることを要
旨としている。

【００３０】本願請求項１１の発明では、上記保温体に
は、金属汚染防止手段が設けられたことを特徴とする請
求項１に記載の熱処理装置であることを要旨としてい
る。

【００３１】本願請求項１２の発明では、上記金属汚染
防止手段は、石英板を外形が截頭円錐形状にして形成す
ることを特徴とする請求項１１に記載の熱処理装置であ
ることを要旨としている。

【００３２】本願請求項１３の発明では、上記截頭円錐
形状の石英板は、傾斜角度が水平に対し５〜４５°であ
ることを特徴とする請求項１２に記載の熱処理装置であ
ることを要旨としている。

【００３３】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係わる熱処理装置
の一実施の形態について添付図面に基づき説明する。

【００３４】図１は本発明に係わる熱処理装置、例え
ば、半導体製造工程で用いられる縦型熱処理炉１であ
る。

【００３５】この縦型熱処理炉１は、炉本体２と、この
炉本体２内に設けられ熱処理室を形成する炉芯管３と、
この炉芯管３の開口部４を閉塞し、互いに離間して積層
され、かつ炉芯管３に露出する石英板５ａを有する保温
体５と、この保温体５に設けられた熱制御手段６を具備
している。

【００３６】炉本体２は、断熱筐体で形成され、内部に
は上記炉芯管３と、この炉芯管３を加熱するヒータ７が
設けられている。

【００３７】炉芯管３は、石英ガラス製で全体的に円筒
形状をなし、下方に上記開口部４が形成されている。ま
た炉芯管３の頂部には処理ガス導入管８の一端が連通さ
れ、他端は炉本体２外まで伸びており、また、開口部４
の近傍の開口部位４ｄを貫通して排気管９の一端が連通
され、他端は炉本体２外まで伸びている。

【００３８】さらに、開口部位４ｄの内部には、図２に
示すような熱制御手段６の一部をなす金薄膜、例えば、
金蒸着膜１０ａが形成されている。金蒸着は膜厚を均一
に薄く、かつ容易に金薄膜を形成できるので好ましい方
法である。

【００３９】金蒸着膜１０ａを炉芯管３内部に形成する
ことは、図３に示すように、開口部位４ｄに肉薄でリン
グ形状の肉薄部４ｄ_１を形成し、さらに、肉薄部４ｄ_１
の内径よりも幾分小さい外径を有し、かつ、突条４ｄ_３
を有する肉薄で炉芯管３と同材質のリング部材４ｄ_２を
別途製造し、このリング部材４ｄ_２に金蒸着により金蒸
着膜１０ａを付着させ、しかる後、突条４ｄ_３により肉
薄部４ｄ_１とリング部材４ｄ_２間に空隙４ｄ_４が形成さ
れるように覆い、火炎バーナにより接合面を溶融するこ
とにより行われる。従って、金蒸着膜１０ａは石英ガラ
スに密封され外部に露出していない。

【００４０】なお、金蒸着膜を炉芯管内部に形成するこ
とは、上記の製造方法に限らず、肉薄リング形状の外リ
ング部材を用意し、この外リング部材に金蒸着膜を付着
させ、しかる後、空隙が形成されるように薄肉の内リン
グ部材により覆い、火炎バーナにより接合面を溶融して
一体化し、内部に金蒸着膜、空隙が形成され外リング部
材と内リング部材で形成された石英ガラスリングを、火
炎バーナを用いて炉芯管に溶着し、一体化してもよい。

【００４１】保温体５は、図１に示すように、ボートエ
レベータＥに設置された炉床１１に載置され、さらに、
保温体５には半導体ウェーハＷが搭載されたウェーハボ
ート１２に載置され、ボートエレベータＥが最上位に上
昇された状態で、保温体５で開口部４を閉塞するように
なっている。

【００４２】また、保温体５は、図４に示すように、石
英製で円板形状の底板１３と、この底板１３に柱設さ
れ、複数の石英板５ａが嵌め込まれた後溶着される取付
溝１４が多数形成された４本の支持柱１５と、取付溝１
４を介して支持柱１５に取付けられた複数の石英板５ａ
と、４本の支持柱１に取付けられた石英製で円板形状の
天板１６とで形成されている。

【００４３】石英板５ａは、平滑な表面を有し、無気泡
で透明な石英ガラス製で２形態を有し、一方は、反射石
英板５ａ_１であり、この反射石英板５ａ_１は、図１およ
び図４に示すような開口部位４ｄ、すなわち、炉芯管３
の金蒸着膜１０ａが形成された部位に対向して配置され
ており、図５および図６に示すように、円板形状の２重
構造をなし、反射石英板５ａ_１の内部には熱制御手段６
を形成する，例えば金蒸着膜１０が形成されている。こ
の金蒸着膜１０は石英ガラスに密封され外部に露出して
いない。

【００４４】他方は、図４に示すように、透明石英板５
ａ_２であり、この透明石英板５ａ_２は金蒸着膜を有さ
ず、石英製で円板形状の単板からなっている。

【００４５】上記金蒸着膜１０を反射石英板５ａ_１の内
部に形成するには、図５および図６に示すように、石英
製で肉薄の円板５ａ_１１を２枚作製し、その１枚の円板
５ａ _１１に金蒸着により金蒸着膜１０を付着させ、しか
る後、金蒸着膜１０を挟むように２枚の円板５ａ_１１を
密着させ、周囲を火炎バーナにより溶融し、溶着させて
行う。

【００４６】保温体５の組立ては、金蒸着膜１０を有す
る反射石英板５ａ_１を保温体５の下方に配置し、金蒸着
膜を有しない透明石英板５ａ_２を上方に配置して、支持
柱１５に溶着し、この支持柱１５に底板１３と天板１６
を取付けて行う。

【００４７】なお、本実施形態においては、熱制御手段
６を反射石英板５ａ_１に設けられた金蒸着膜１０と炉芯
管３の内部に設けられ金蒸着膜１０ａで形成したが、炉
芯管３の内部に設けず、反射石英板５ａ_１にのみ設けて
もよい。

【００４８】次に本発明に係わる縦型熱処理炉１を用い
た半導体ウェーハの熱処理方法について説明する。

【００４９】図１に示すように、ウェーハボート１２を
用意し、このウェーハボート１２に半導体ウェーハＷを
搭載する。

【００５０】次に最下位に位置するボートエレベータＥ
上に設置された炉床１１に保温体５を載置し、さらにこ
の保温体５上に、半導体ウェーハＷが搭載されたウェー
ハボート１２を載置する。

【００５１】しかる後、ボートエレベータＥを上昇させ
て最上位に位置させ、ウェーハボート１２を予熱された
炉芯管３に収納するとともに、保温体５により開口部４
を閉塞する。

【００５２】この状態でヒータ７により炉芯管３内を昇
温させ、処理ガス導入管８から処理ガス、例えば水素ガ
スを炉芯管３に送り、処理後排気管９から排気しなが
ら、炉芯管３内の半導体ウェーハＷを熱処理する。

【００５３】この熱処理工程において、炉本体２内は炉
外に比べて著しく高温になるが、離間して積層された石
英板５ａ、すなわち、透明石英板５ａ_２および反射石英
板５ａ_１により空間（ガス層）を利用して効果的に断熱
し、さらに、反射石英板５ａ _１の金蒸着膜１０により熱
線を炉芯管３内に反射して、保温体５を通過する熱流束
を抑制し、炉床の温度上昇を防止することができる。

【００５４】また、炉芯管３の開口部位４ｄの内部に
は、金蒸着膜１０ａが形成されているので、炉芯管３内
を全反射により通過する熱流束が炉床に到達することを
防止することができる。

【００５５】この結果、炉床の温度が低下し、炉体を構
成する金属部分からの汚染物質の蒸散を極度に低減する
ことが可能となった。

【００５６】さらに、金蒸着膜１０、１０ａは、高純度
の石英ガラス内に密封されているので、金属汚染の原因
になることもなく、また剥離することもないので、保温
体５および炉芯管３の長寿命化が図れる。

【００５７】さらに、石英板５ａは露出され、別個に形
成された筒状容器により石英板５ａおよび金蒸着膜１０
を覆う必要がないので、石英板５ａを十分大きくでき
て、遮熱効果がよく、さらに、筒状容器の爆発等を心配
することがなく、安全である。

【００５８】さらに、石英板５ａは表面に凹凸部がなく
平滑で、気泡がない石英ガラスで形成されているので、
露出されていても汚染物が凹凸部に付着するようなこと
もなく、また、気泡により強度を劣化されることもな
く、半導体ウェーハＷを汚染せず、長寿命の保温体５を
提供することができる。

【００５９】次に、本発明に係わる熱処理装置の他の実
施形態について説明する。

【００６０】なお、図１に示した実施形態と同一部分に
は、同一符号を付して説明する。

【００６１】図７に示すように、縦型熱処理炉２１は、
炉本体２と、この炉本体２内に設けられ熱処理室を形成
する炉芯管３と、この炉芯管３の開口部４を閉塞する保
温体２２を有している。

【００６２】この保温体２２は、図８および図９に示す
ように、石英製で円板形状の底板２３と、この底板２３
に柱設され、複数の石英板２２ａが嵌め込まれた後溶着
される取付溝２４が多数形成された支持柱２５と、支持
柱２５に取付けられた複数の石英板２２ａと、支持柱２
５に取付けられた石英製で円板形状の天板２６と、最上
段の石英板２２ａ_１に載置され、熱制御手段をなすシリ
コン板２７とで形成されている。

【００６３】シリコン板２７は、図９に示すように、リ
ング形状をなしており、その厚さは１００〜６００μｍ
であることが好ましい。１００μｍより薄いとシリコン
板ｚの自重や熱応力で破損する。炉内温度が１２００℃
の時、単色黒体放射能は、波長２μｍの赤外光で最大値
となる。１２００℃における２μｍ光の吸収係数は約８
０で、６００μｍの厚さのシリコン板２７を透過する輻
射光は１％以下となる。

【００６４】従って、６００μｍであれば、熱処理炉の
ヒータから直接輻射される輻射光を実質的に石英板に到
達させずに、可能な限りシリコン板２７を薄くできる。

【００６５】また、シリコンは石英に比べて熱伝導率が
１００倍大きい。

【００６６】次に本実施形態の縦型熱処理炉２１を用い
た半導体ウェーハの熱処理方法について説明する。

【００６７】図７に示すように、ウェーハボート１２を
用意し、このウェーハボート１２に半導体ウェーハＷを
搭載する。

【００６８】次に最下位に位置するボートエレベータＥ
上に設置された炉床１１に上に保温体２２を載置し、こ
の保温体２２の最上段の石英板２２ａ_１上に、金属汚染
防止手段であるシリコン板２７を載置する。さらに、半
導体ウェーハＷが搭載されたウェーハボート１２の底板
２３をシリコン板２７のリング部２７ｒの挿入しなが
ら、ウェーハボート１２を保温体２２上に載置する。

【００６９】しかる後、ボートエレベータＥを上昇させ
て最上位に位置させ、ウェーハボート１２を予熱された
炉芯管３に収納するとともに、保温体２２により開口部
４を閉塞する。

【００７０】この状態でヒータ７により炉芯管３内を昇
温させ、処理ガス導入管８から処理ガス、例えば水素ガ
スを炉芯管３に送り、処理後排気管９から排気しなが
ら、炉芯管３内の半導体ウェーハＷを熱処理する。

【００７１】この熱処理工程において、炉本体２内は炉
外に比べて著しく高温になるが、離間して積層された石
英板２１ａにより空間（ガス層）を利用して断熱され
る。さらに、熱制御手段をなすシリコン板２７により輻
射光は遮られ、石英板２１ａには実質的に到達しない。

【００７２】従って、比較的薄い石英板２１ａであって
も、輻射光による熱変形を防ぐことができるので、厚い
石英板を必要とせず安価に保温体を製造することがで
き、さらに、保温体２２の長寿命化が図れる。また、シ
リコンは石英に比べて熱伝導率が１００倍大きいので、
石英板２１ａの面内温度むらを小さくする効果があり、
この結果、石英板２１ａの外周の変形を防止することが
でき、長寿命化が図れる。

【００７３】また、炉床の温度が低下し、炉体を構成す
る金属部分からの汚染物質の蒸散を極度に低減すること
が可能となった。

【００７４】さらに、石英板２２ａおよびシリコン板２
７は露出され、別個に形成された筒状容器により覆う必
要がないので、石英板２２ａを十分大きくできて、遮熱
効果がよく、筒状容器の爆発等を心配することがなく、
安全である。

【００７５】さらに、石英板２２ａは表面に凹凸部がな
く平滑で、気泡がない石英ガラスで形成されているの
で、露出されていても汚染物が凹凸部に付着するような
こともなく、また、気泡により強度を劣化させることも
なく、半導体ウェーハＷを汚染せず、長寿命の保温体２
２を提供することができる。

【００７６】また、本実施形態においては、石英板の上
にシリコン板を載置したが、板体全体をシリコンで製造
すれば放射光の反射能力が増し、従って、保温体全体を
小型にすることができ、１バッチ当りの処理ウェーハ枚
数を増加させることができて、操炉効率を上げることが
でき、あるいは熱処理炉を小型にすることができる。

【００７７】さらに、本発明に係わる熱処理装置の他の
実施形態について説明する。

【００７８】なお、図１に示した実施形態と同一部分に
は、同一符号を付して説明する。

【００７９】図１０に示すように、縦型熱処理炉３１
は、炉本体２と、この炉本体２内に設けられ熱処理室を
形成する炉芯管３と、この炉芯管３の開口部４を閉塞す
る保温体３２を有している。

【００８０】この保温体３２は、図１０および図１１に
示すように、石英製で円板形状の底板３３と、この底板
３３に柱設され、複数の石英板３２ａが取付けられる支
持柱３４と、この支持柱３４に互いに離間して取付けら
れた複数の石英板３２ａと、支持柱３４に取付けられた
石英製で円板形状の天板３５とを有し、石英板３２ａに
は、金属汚染防止手段３６が設けられている。

【００８１】この金属汚染防止手段３６は、石英板３２
ａの外形を截頭円錐形状にすることにより形成され、石
英板３２ａは所定の傾斜角度θを有しており、この傾斜
角度θは水平に対し５〜４５°であるが好ましい。

【００８２】傾斜角度θが５°より小さいと、ガスの流
れがスムーズでなくなり、石英板３２ａに蓄積された汚
染物が上昇して、半導体ウェーハＷを汚染する虞があ
り、また、４５°より大きいと、石英板３２ａの積層に
よる断熱効果が減殺される。

【００８３】なお、石英板３２ａは表面が平滑で気泡が
なく、不純物が１０ｐｐｂ以下の合成石英ガラスが用い
られる。

【００８４】次に本実施形態の縦型熱処理炉３１を用い
た半導体ウェーハＷの熱処理方法について説明する。

【００８５】図１０に示すように、ウェーハボート１２
を用意し、このウェーハボート１２に半導体ウェーハＷ
を搭載する。次に、最下位に位置するボートエレベータ
Ｅ上に設置された炉床１１に保温体３２を載置し、さら
に、半導体ウェーハＷが搭載されたウェーハボート１２
を保温体３２上に載置する。

【００８６】しかる後、ボートエレベータＥを上昇させ
て最上位に位置させ、ウェーハボート１２を予熱された
炉芯管３に収納するとともに、保温体３２により開口部
４を閉塞する。

【００８７】この状態でヒータ７により炉芯管３内を昇
温させ、処理ガス導入管８から処理ガス、例えば水素ガ
スを炉芯管３に送り、処理後排気管９から排気しなが
ら、炉芯管３内の半導体ウェーハＷを熱処理する。

【００８８】従来の熱処理工程では、炉芯管および保温
体には不純物が１０ｐｐｂ以下の合成石英ガラスが用い
られているが、このような不純物はガス流により炉下部
に排気されるが、その一部は石英板の凹凸面に付着、蓄
積されてしまい、そのよう蓄積された不純物は炉内の複
雑なガス通気経路により、発生する上昇流により再び上
部に戻り、半導体ウェーハＷを汚染する虞があった。

【００８９】これに対し、本実施形態の縦型熱処理炉３
１を用いた熱処理工程においては、図１１に示すよう
に、離間して積層された石英板３２ａにより空間（ガス
層）を利用して効果的に断熱し、さらに、炉芯管３内の
ガスは保温体３２の傾斜角度θを有する石英板３２ａの
傾斜に沿って下部へスムーズに流れ、石英板３２ａにわ
ずかに付着した汚染物の上昇も抑えられ、半導体ウェー
ハＷの汚染を非常に少なくすることができ、半導体ウェ
ーハＷの品質を向上させることができる。

【００９０】また、石英板３２ａは露出され、別個に形
成された筒状容器により石英板３２ａを覆う必要がない
ので、石英板３２ａを十分大きくできて、遮熱効果がよ
く、筒状容器の爆発等を心配することがなく、安全であ
る。

【００９１】さらに、石英板３２ａは表面に凹凸部がな
く平滑で、気泡がない石英ガラスで形成されているの
で、露出されていても汚染物が凹凸部に付着するような
こともなく、また、気泡により強度を劣化させることも
なく、半導体ウェーハＷを汚染せず、長寿命の保温体５
を提供することができる。

【００９２】

【実施例】（実施例１）図１に示すような本発明に係わ
る熱処理装置を用いて、直径８インチのシリコンウェー
ハの熱処理を行い、表１に示すような位置の温度測定を
行った。

【００９３】（結果）：測定結果を表１に示す。

【００９４】

【表１】

【００９５】・実施例は、最下段石英板温度、炉床外壁
温度共、従来例に比べ、著しく低温であることがわかっ
た。

【００９６】（実施例２）図１２および図１３に示すよ
うに直径１００ｍｍ、厚さ８００μｍの石英板２枚を用
意し、一方の石英板を厚さ５５０ｕｍのシリコン板で輻
射光を遮り（実施例：図１２）、他方の石英板には直接
輻射光を当てて（従来例：図１３）、１２００℃で３０
分、熱処理を行い、石英板の曲がり状態を調べた。

【００９７】（結果）：実施例では、石英板の曲がりは
２００μｍであるのに対し、従来例は２６０μｍ変形し
ており、シリコン板により、遮熱効果が確認できた。

【００９８】（実施例３）図７に示すように実施形態の
熱処理装置を用いて、直径２００ｍｍのシリコンウェー
ハを搭載したウェーハボートを用いて３回熱処理を行
い、保温体の変形を調査した。

【００９９】（結果）：保温体に変形は見られなかっ
た。

【０１００】（実施例４）図１０に示すような本発明に
係わる熱処理装置を用い、この熱処理装置に用いられる
保温体を次のような寸法で製造した。截頭円錐形状の石
英板は直径３３０ｍｍ、高さ３７０ｍｍ、板厚さ４ｍ
ｍ、中央に直径５０ｍｍの通気孔を設けられた。石英板
の傾斜は水平に対して３０°とした。炉芯管内に直径２
００ｍｍのシリコンウェーハが１００枚搭載されたウェ
ーハボートを設置して、１２００℃、１時間、１５Ｌ／
分水素を供給する水素雰囲気で熱処理を行った。

【０１０１】熱処理後、下から１０枚目のシリコンウェ
ーハについて含有金属量を分析した。なお、図１４に示
すような従来例と比較した。

【０１０２】（結果）：分析結果を表２に示す。

【０１０３】

【表２】

【０１０４】実施例は従来例に比べて、Ｆｅでは約２０
％、Ｃｕでは３３％と低減している。

【０１０５】

【発明の効果】本発明に係わる熱処理装置によれば、安
全で、断熱性能がよく、被処理物に対する汚染がない熱
処理装置を提供することができる。

【０１０６】即ち、熱処理室の開口部を閉塞する保温体
は離間して積層され熱処理室に露出する石英板を有し、
かつ石英板は表面が平滑で気泡がないので、石英板が露
出されていても汚染物が凹凸部に付着するようなことも
なく、また、気泡により強度を劣化されることもなく、
半導体ウェーハＷを汚染せず、長寿命の保温体を提供す
ることができる。さらに、別個に形成された筒状容器に
より石英板を覆う必要がないので、石英板を十分大きく
できて、遮熱効果がよく、筒状容器の爆発等を心配する
ことがなく、安全である。

【０１０７】また、保温体は、熱制御手段を有するの
で、放射光は効果的に反射され、保温体を通過する熱流
束を抑制し、炉床の温度上昇を防止することができる。

【０１０８】また、熱制御手段は、石英板の内部に金薄
膜を施して形成されているので、効果的に熱線を炉芯管
内に反射して、保温体を通過する熱流束を抑制し、炉床
の温度上昇を防止することができる。

【０１０９】また、熱制御手段は、石英板の内部、およ
び炉芯管開口部の周壁の内部に金薄膜を施して形成され
ているので、石英板の内部の金薄膜により効果的に熱線
を炉芯管内に反射し、かつ、開口部位の内部の金薄膜に
より、炉芯管の肉厚内を全反射により通過する熱流束が
炉床に到達することを防止することができる。

【０１１０】また、金薄膜は、金蒸着により形成されて
いるので、膜厚を均一に薄く、かつ容易に形成すること
ができる。

【０１１１】また、保温体は、石英板の内部に金薄膜が
設けられた反射石英板と、内部に金薄膜が設けられてい
ない石英板とを有するので、ガス層を利用した断熱と熱
線を炉芯管内に反射させることにより、保温体を通過す
る熱流束を抑制し、炉床の温度上昇を防止することがで
きる。

【０１１２】また、反射石英板は、炉芯管開口部位に対
応して設けられているので、石英板の内部に設けられた
金薄膜と炉芯管開口部位の内部に設けられた金薄膜との
相乗効果により、より効果的に保温体を通過する熱流束
を抑制し、炉床の温度上昇を防止することができる。

【０１１３】また、熱制御手段は、石英板に載置された
シリコン板であるので、比較的薄い石英板であっても、
輻射光による熱変形を防ぐことができるので、厚い石英
板を必要とせず安価に保温体を製造することができ、さ
らに、保温体の長寿命化が図れる。さらに、シリコンは
石英に比べて熱伝導率が１００倍大きいので、石英板の
面内温度むらを小さくする効果があり、石英板の外周の
変形を防止することができ、長寿命化が図れる。

【０１１４】また、シリコン板は最上段の石英板に載置
されているので、より効果的に石英板の輻射光による熱
変形を防ぐことができる。

【０１１５】また、シリコン板は、厚さが１００〜６０
０μｍであるので、シリコン板が自重や熱応力で破損す
ることもなく、薄いシリコン板で確実に輻射光による石
英板の熱変形を防止することができる。

【０１１６】また、保温体には、金属汚染防止手段が設
けられているので、石英板によりガス層を利用して効果
的に断熱し、さらに、石英板にわずかに付着した汚染物
の上昇も抑えられ、半導体ウェーハの汚染を非常に少な
くすることができ、半導体ウェーハの品質を向上させる
ことができる。

【０１１７】また、金属汚染防止手段は、石英板を外形
が截頭円錐形状にすることにより、炉芯管内のガスは保
温体の傾斜角度を有する石英板の傾斜に沿って下部へス
ムーズに流れ、石英板にわずかに付着した汚染物の上昇
も抑えられ、半導体ウェーハの汚染を非常に少なくする
ことができ、半導体ウェーハの品質を向上させることが
できる。

【０１１８】また、截頭円錐形状の石英板は、傾斜角度
が水平に対し５〜４５°であるので、ガスの流れがスム
ーズとなり、石英板にわずかに付着した汚染物の上昇も
抑えられ、さらに、石英板の積層による断熱効果を十分
に発揮させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる熱処理装置の実施形態を示す縦
断面図。

【図２】本発明に係わる熱処理装置の実施形態の炉芯管
開口部位の縦断面図。

【図３】本発明に係わる熱処理装置の実施形態の金蒸着
膜形成方法を示す説明図。

【図４】本発明に係わる熱処理装置の実施形態に用いら
れる保温体の説明図。

【図５】本発明に係わる熱処理装置の実施形態に用いら
れ、一部切欠した反射石英板の斜視図。

【図６】本発明に係わる熱処理装置の実施形態に用いら
れる反射石英板の断面図。

【図７】本発明に係わる熱処理装置の他の実施形態を示
す縦断面図。

【図８】本発明に係わる熱処理装置の他の実施形態に用
いられる保温体の説明図。

【図９】本発明に係わる熱処理装置の他の実施形態に用
いられるシリコン板の斜視図。

【図１０】本発明に係わる熱処理装置の他の実施形態を
示す縦断面図。

【図１１】本発明に係わる熱処理装置の他の実施形態に
用いられる保温体の説明図。

【図１２】本発明に係わる熱処理装置に係わる試験に用
いられる装置の説明図。

【図１３】本発明に係わる熱処理装置に係わる試験に用
いられる装置の説明図。

【図１４】本発明に係わる熱処理装置に係わる試験に用
いられる装置の説明図。

【符号の説明】

１縦型熱処理炉２炉本体３炉芯管４開口部４ｄ開口部位５保温体５ａ石英板５ａ_１反射石英板５ａ_１１円板５ａ_２透明石英板６熱制御手段７ヒータ８処理ガス導入管９排気管１０金蒸着膜１１炉床１２ウェーハボート１３底板１４取付溝１５支持柱１６天板２１縦型熱処理炉２２保温体２２ａ石英板２２ａ_１最上段の石英板２３底板２４取付溝２５支持柱２６天板２７シリコン板３１縦型熱処理炉３２保温体３２ａ石英板３３底板３４支持柱３５天板３６金属汚染防止手段ＥボートエレベータＷ半導体ウェーハ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者近藤憲生神奈川県秦野市曽屋30番地東芝セラミックス株式会社開発研究所内 (72)発明者清水幹郎神奈川県秦野市曽屋30番地東芝セラミックス株式会社開発研究所内 (72)発明者吉川淳新潟県北蒲原郡聖籠町東港六丁目861番地５新潟東芝セラミックス株式会社内 (72)発明者斎藤広幸新潟県北蒲原郡聖籠町東港六丁目861番地５新潟東芝セラミックス株式会社内 (72)発明者田中順二新潟県北蒲原郡聖籠町東港六丁目861番地５新潟東芝セラミックス株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高温に保持され被熱処理物が収納される
熱処理室と、この熱処理室の開口部を閉塞し、互いに離
間して積層され、かつ熱処理室に露出する石英板を有す
る保温体とを有し、前記石英板は表面が平滑で気泡がな
いことを特徴とする熱処理装置。
【請求項２】上記保温体は、熱制御手段を有すること
を特徴とする請求項１に記載の熱処理装置。
【請求項３】上記熱制御手段は、石英板の内部に金薄
膜を施して形成されたことを特徴とする請求項２に記載
の熱処理装置。
【請求項４】上記熱制御手段は、石英板の内部、およ
び炉芯管開口部位の周壁の内部に金薄膜を施して形成さ
れたことを特徴とする請求項２に記載の熱処理装置。
【請求項５】上記金薄膜は、金蒸着により形成された
ことを特徴とする請求項２ないし４のいずれか１項に記
載の熱処理装置。
【請求項６】上記保温体は、石英板の内部に金薄膜が
設けられた反射石英板と、内部に金薄膜が設けられてい
ない石英板とを有することを特徴とする請求項１ないし
５のいずれか１項に記載の熱処理装置。
【請求項７】上記反射石英板は、炉芯管開口部位に対
応して設けられたことを特徴とする請求項６に記載の熱
処理装置。
【請求項８】上記熱制御手段は、石英板に載置された
シリコン板であることを特徴とする請求項１ないし５の
いずれか１項に記載の熱処理装置。
【請求項９】上記シリコン板は最上段の石英板に載置
されることを特徴とする請求項８に記載の熱処理装置。
【請求項１０】上記シリコン板は、厚さが１００〜６
００μｍであることを特徴とする請求項８または９に記
載の熱処理装置。
【請求項１１】上記保温体には、金属汚染防止手段が
設けられたことを特徴とする請求項１に記載の熱処理装
置。
【請求項１２】上記金属汚染防止手段は、石英板を外
形が截頭円錐形状にして形成することを特徴とする請求
項１１に記載の熱処理装置。
【請求項１３】上記截頭円錐形状の石英板は、傾斜角
度が水平に対し５〜４５°であることを特徴とする請求
項１２に記載の熱処理装置。